Lanza estímulos a una neurona y observa el disparo (o no) en directo. La ley del "todo o nada": subumbral nada pasa, supraumbral PA completo de mismo tamaño.
Modelo de integrador con fuga y umbral: el potencial de membrana parte del reposo (−70 mV) y carga hacia el valor del estímulo con una constante de tiempo de 5 ms. No es Hodgkin-Huxley —aquí no hay conductancias ni compuertas m, h y n—, pero reproduce la ley del todo o nada, el umbral y los dos períodos refractarios. Un estímulo despolariza la neurona; si supera el umbral (típicamente −55 mV), se dispara un potencial de acción con la forma canónica (despolarización rápida → repolarización → hiperpolarización). Si NO supera el umbral, solo hay respuesta pasiva (vuelve al reposo).
Canales iónicos, el potencial de membrana y la ley del "todo o nada"
El potencial de acción (PA) es un cambio rápido y transitorio en el voltaje de la membrana de una neurona, de unos 100 mV de amplitud y 2-3 ms de duración. Es el mecanismo eléctrico fundamental de transmisión de información en el sistema nervioso.
En reposo, la membrana mantiene un voltaje de unos −70 mV (interior negativo respecto al exterior) gracias a la bomba Na⁺/K⁺ y a canales de fuga de K⁺. Cuando un estímulo despolariza la membrana hasta superar un umbral (típicamente −55 mV), se desencadena el PA en cascada:
| Tipo | V reposo | Umbral | Velocidad conducción | Función típica |
|---|---|---|---|---|
| Motoneurona α (mielinizada) | −70 mV | −55 mV | ~120 m/s | Movimiento muscular voluntario |
| Fibra C dolor (no mielinizada) | −70 mV | −50 mV | ~1 m/s | Dolor crónico, sordo |
| Fibra Aδ dolor (mielinizada) | −70 mV | −55 mV | ~15 m/s | Dolor agudo, punzante |
| Cardíaca SA (marcapasos) | −60 mV | −40 mV | — | Genera ritmo del corazón (~70 bpm) |
| Bastones de retina | −40 mV | NO disparan PA | — | Visión nocturna (potenciales graduados) |
Las neuronas mielinizadas conducen más rápido por conducción saltatoriaentre nódulos de Ranvier. Una pérdida de mielina (esclerosis múltiple) ralentiza drásticamente la conducción y produce los síntomas de la enfermedad.
La sincronización de PAs entre neuronas (potenciación a largo plazo, LTP) es la base celular del aprendizaje. Patrones repetidos refuerzan sinapsis y consolidan recuerdos.
La lidocaína y otros bloquean canales de Na⁺ dependientes de voltaje. Sin esos canales no hay PA, no hay señal de dolor. Las dentistas y cirujanos usan este principio a diario.
Las células del nodo SA disparan PAs espontáneos a ~70 por minuto (≈1,2 Hz), que es el ritmo cardíaco en reposo. Marcapasos artificiales reproducen estos pulsos cuando el SA falla. El ECG es el promedio de millones de PAs cardíacos.
Tetrodotoxina (pez globo), veneno de medusa, escorpión: todos atacan canales iónicos. Bloquear Na⁺ paraliza nervios; bloquear K⁺ produce PAs continuos. Letales en dosis pequeñas.
Una neurona o dispara un potencial de acción completo o no dispara nada. Si el estímulo no alcanza el umbral, no hay potencial de acción: solo una respuesta local subumbral que decae sin propagarse. Si lo alcanza (o lo supera), el potencial de acción es siempre del mismo tamaño y forma, sea cual sea la intensidad: aumentarla no produce un potencial «más grande», sino más potenciales por segundo. Por eso la información del sistema nervioso se codifica en la frecuencia de disparo, no en la amplitud.
En el simulador, con el pulso de 5 ms que viene de fábrica, prueba intensidad = 23 (subumbral) y luego 24: verás un cambio brusco de NADA a PA completo, con el mismo pico de +35 mV. Si acortas el pulso hace falta más intensidad, porque la membrana carga con τ = 5 ms y no llega a su asíntota.
Por frecuencia de disparo: estímulos más fuertes producen PAs más rápidos (hasta ~500 Hz, limitado por el periodo refractario). El cerebro decodifica esa frecuencia: muchos PAs/s = sensación intensa, pocos = sensación leve. Es codificación digital por modulación de frecuencia.
En el simulador, modo sostenido, sube la intensidad y mira cómo aumenta la frecuencia de spikes.
Tras un potencial de acción hay un breve tiempo en que la neurona no puede volver a disparar como antes. En el periodo refractario absoluto (1-2 ms) los canales de Na⁺ están inactivados y es imposible generar otro potencial de acción, por grande que sea el estímulo. En el relativo (3-5 ms) los canales de K⁺ siguen abiertos, el potencial está en hiperpolarización y solo un estímulo más intenso que el normal desencadena un nuevo disparo. El absoluto limita la frecuencia máxima de disparo a unos 500 Hz e impide que el potencial de acción «se devuelva» por donde llegó.
En el simulador, el absoluto es la espiga (2 ms) y el relativo, los 5 ms de hiperpolarización que la siguen. En modo sostenido con el pulso de 5 ms cada 5 ms y la intensidad al máximo, el siguiente PA llega antes de que acabe la hiperpolarización; con una intensidad baja, ya no.
Por el periodo refractario. Cuando el PA viaja por el axón, la zona inmediatamente posterior está refractaria (canales inactivados). El PA solo puede "saltar" hacia adelante, donde la membrana sí está disponible. Sin refractario, el PA rebotaría infinitamente.
La conducción saltatoria entre nódulos de Ranvier (axones mielinizados) acelera ×10-100 la velocidad.
Sí. Los bastones y conos de la retina, las células bipolares y horizontales usan potenciales graduados: el voltaje cambia en cantidad proporcional al estímulo, sin disparo todo-o-nada. Las primeras células ganglionares de la retina sí disparan PAs, propagándolos por el nervio óptico.
Los potenciales graduados conservan más información (analógicos), pero solo funcionan en distancias cortas. PAs son digitales y propagan a metros sin pérdida.
La línea base, típicamente −70 mV. Si la base está por encima (−60 mV) o por debajo (−85 mV), la neurona no está en reposo normal: hay alguna alteración (despolarización por daño, hiperpolarización post-PA).
El nivel a partir del cual cualquier despolarización extra dispara un PA. Típicamente −55 mV. En neurodegeneración (ELA, Parkinson), el umbral cambia: aumenta o disminuye la excitabilidad.
De reposo al pico (~100 mV en una neurona sana: −70 a +30). Una amplitud reducida indica daño en canales de Na⁺ o despolarización del reposo.
Duración típica: 2-3 ms (corteza), hasta 200-500 ms (cardíaca). Latencia desde estímulo hasta inicio del PA: depende de la intensidad, velocidad de membrana y capacitancia.
El undershoot tras el pico (V_m por debajo del reposo). Su profundidad y duración indican el estado de los canales de K⁺ y la velocidad a la que la neurona vuelve a estar lista para disparar.
PA: todo-o-nada, amplitud fija, propaga sin pérdida. Graduado: variable, amplitud proporcional al estímulo, decae con la distancia. Cada uno tiene su contexto: dendritas usan graduados, axones usan PAs.
Na⁺ entra → despolariza. K⁺ sale → repolariza. Cl⁻ entra → hiperpolariza (inhibitoria). Ca²⁺ entra → libera neurotransmisor en sinapsis. Con estos cuatro se explican las fases del potencial de acción y la liberación en la sinapsis.
Una sola neurona dispara PAs a frecuencias entre 1 y 500 Hz según el estímulo. NO codifica intensidad por amplitud (todo-o-nada). El cerebro lee la frecuencia de muchas neuronas en paralelo.
Axones mielinizados conducen mucho más rápido. La conducción saltatoria entre nódulos puede multiplicar ×100 la velocidad. Defectos de mielina (esclerosis múltiple) producen síntomas neurológicos variados según el sistema afectado.